金属空气燃料电池氧电极催化剂

采用固相反应法制备纳米γ MnO2催化剂,通过热压制得三相气体扩散电极。用稳态电流 电位极化曲线研究了这种纳米γ MnO2催化剂制成的多孔三相气体扩散电极的电化学性能,催化剂加入量对氧电极性能的影响,同时催化剂经过过筛处理后性能有很大的提高。SEM分析表明:过筛处理后,催化剂颗粒分布均匀,对氧还原的催化活性明显提高。     

热处理及碳纳米管复合对δ-MnO2超电容行为的影响

以高锰酸钾(KMnO4)和硝酸锰[Mn(NO3)2]为反应物,通过液相氧化还原沉淀反应制备出纳米MnO2电极材料,并进行不同温度的热处理。此外,还用同样方法在碳纳米管(CNT)存在的条件下制备出经200℃热处理的纳米MnO2/CNT复合电极材料。采用X射线衍射(XRD)、红外光谱(IR)、透射电镜(TEM)和BET比表面面积测试方法对材料进行了表征,研究了热处理温度和CNT复合对纳米MnO2在1 mol/L LiOH电解质中电化学性能的影响。电化学研究结果表明,经200℃热处理的纳米MnO2具有较高的比电容,但循环稳定性不佳。经200℃热处理的含10%质量分数碳纳米管的纳米MnO2/CNT复合电极材料具有较好的循环稳定性和较高的比电容。     

二氧化锰为阴极催化剂的微生物燃料电池

以循环伏安法(CV)和线性扫描伏安法(LSV)考察MnO2对氧还原反应(ORR)的催化行为,并采用MnO2作为阴极氧还原催化剂构建微生物燃料电池(MFC)。结果表明,MnO2对ORR有显著的催化作用,而且其催化效果随电解质碱性增强而增强;当以肺炎克雷伯氏菌(L17)为产电微生物、3g/L葡萄糖为燃料、1mol/LKOH溶液为阴极液时,该MFC的最大输出功率可达696.3mW/m2,对应电流密度为0.25mA/cm2。     

WO3对碳载EMD催化氧还原活性的影响

研究了助催化剂三氧化钨(WO3)对电解二氧化锰(EMD)催化性能的影响.通过球磨制备5种WO3含量的EMD复合催化剂,进行XRD、SEM和电化学性能测试.WO3影响了EMD的孔隙率,添加适量的WO3可改善EMD的催化性能.添加WO3催化剂的氧还原电位较未添加WO3催化剂提前0.02 V.当电压为-0.15 V时,EMD、( MnO2)33( WO3)0.7、(MnO2)33(WO3)1、( MnO2)33 (WO3)1.3及(MnO2 )33( WO3 )1.5的氧还原电流分别为:-0.21 mA、-0.35 mA、-0.85 mA、-0.53 mA和-0.08 mA,表明随着WO3添加量的增加,EMD的催化性能先提高,后下降.EMD、( MnO2)33( WO3 )0.7、( MnO2 )33( WO3)1、(MnO2)33 (WO3)1.3及(MnO2)33 (WO3)1.5制备的电池,放电平台分别为1.05 V、1.08 V、1.21 V、1.14 V和0.98 V;催化活性顺序为:(MnO2)33(WO3)1＞ (MnO2)33(WO3)1.3＞(MnO2)33(WO3)0.7＞EMD＞ (MnO2)33(WO3)1.5.     

MnO2/PbO2复合电极的电化学电容行为

研究了向纳米MnO2中添加PbO2制成复合电极的电化学性能。恒流充放电测试表明,PbO2添加量为26.5%时,MnO2单电极的10mA放电比电容从203.6F/g提高到339.2F/g,50mA放电比电容从150F/g提高到267.8F/g。结合循环伏安实验,初步认为PbO2对MnO2的改性作用基于在MnO2充放电过程中,Pb元素进入MnO2晶格,PbO2与MnO2形成了复合物Pb(X)Mn(Y)(X=Ⅳ,Ⅱ;Y=Ⅳ,Ⅲ)。这些复合物可以共氧化和共还原,使MnO2/MnOOH的均相氧化还原过程进行得更为完全。     

溶胶-凝胶法制备纳米La_(1-x)Sr_xMnO_3及其电催化性能

采用表面活性剂PEG-2000辅助溶胶-凝胶法制备了不同含量锶掺杂纳米La_(1-x)Sr_xMnO_3锌-空气电池催化剂。通过TG-DSC、XRD、FTIR、TEM和极化曲线等方法研究了催化剂La_(1-x)Sr_xMnO_3的结构和电催化性能。结果表明:所制备的La1-xS rxMnO_3为钙钛矿结构,其晶体成型温度在450℃左右、晶粒尺寸处于纳米级别。以La_(1-x)Sr_xMnO_3为催化剂制备空气电极的极化曲线特征表明:La_(0.8)Sr_(0.2)MnO_3的电催化性能最好,当极化电压为-600mV(vs.Hg/Hg O)时,氧还原反应极化电流密度可达0.235 A/cm~2,而相同条件下制备的不含锶纳米La MnO3催化剂氧还原反应极化电流密度仅为0.165 A/cm~2,电催化活性显著提升。     

Nd_(0.6)Ca_(0.4)MnO_3的制备及电化学性能研究

用溶胶-凝胶法制备了钙钛矿型氧化物Nd0.6Ca0.4MnO3,以X射线衍射分析(XRD)、扫描电镜(SEM)、热重-差热(TG-DSC)手段对产物进行了分析和表征。结果表明:在一定实验条件下制备的氧化物纯度高,粒径小,结构稳定。以该氧化物为催化剂,制备了应用于碱性介质中氧还原反应的气体扩散氧电极,用极化曲线和交流阻抗方法测试和研究了其电化学性能。结果显示:制备的Nd0.6Ca0.4MnO3对氧还原具有优良的催化性能,-0.2V(vs.HgO/Hg)下,电极电流密度在静止的空气和氧气气氛环境中分别达到-82mA/cm2和-142mA/cm2,制备时柠檬酸的配比对其催化的性能有显著影响。     

纳米Bi-Ni氧化物改性碱性MnO2电极

采用固相合成法制备了纳米Bi-Ni氧化物,X射线衍射(XRD)、透射电子显微镜(TEM)测试表明,其组成为单斜晶型Bi2O3和菱形晶型NiO的混合氧化物,粒径界于15～45nm之间。将所制的纳米Bi-Ni氧化物对碱性MnO2电极物理掺杂改性,结合电化学测试结果,运用单纯形法这一多因素优化的数学方法,证明掺杂纳米Bi-Ni氧化物对MnO2电极的浅度放电容量没有提高作用,仅提高MnO2电极深度放电容量,其中,掺杂量小于5%(质量分数)时,改性MnO2电极恒电流(95mA·g-1)深度放电容量提高35%左右。     

表面包覆的石墨烯在碱锰电池中的应用

采用一步溶液法制备纳米二氧化锰包覆石墨烯(MnO2@GN),通过XRD、SEM、透射电子显微镜(TEM)和热重(TG)分析等测试,对MnO2@GN复合材料的结构、形貌和MnO2包覆量进行考察.将MnO2@GN以20％的质量分数添加到碱锰电池导电剂膨胀石墨(KAA)中,发现纳米MnO2的包覆可改善片层石墨烯的团聚以及与电解二氧化锰(EMD)的相容性,有助于导电剂在EMD中的分散,降低电池内阻.电池的750 mA大电流放电性能提升7.00％,250 mA中电流放电性能提升5.10％,20 mA小电流放电性能提升0.96％.     

纳米材料在电池中的应用

纳米材料技术是新世纪科学研究的热点,已经扩展到电化学领域。介绍了用于碱锰电池的纳米MnO2、纳米ZnO、纳米In2O3,用于MH/Ni电池的纳米Ni(OH)2和纳米晶态贮氢合金,在锂离子电池中用作电极材料的MnO2纳米纤维、纳米LiCoO2、纳米碳管,用作燃料电池的新型纳米复合材料极板和超级电容器采用纳米碳管的研究情况及其应用的前景。     

纳米β-PbO2的制备及其对MnO2电极的改性

采用化学法制备纳米β-PbO2对MnO2电极进行掺杂改性。X射线衍射光谱法(XRD)、透射电子显微镜法(TEM)分析表征结果表明,以含Pb2 的偏酸性溶液[Pb(NO3)2水溶液或Pb(Ac)2水溶液]为铅源,以过量的高浓度碱性NaClO溶液为氧化剂,在5～10℃强力搅拌反应2h生成可溶性铅酸盐溶液,再加稀硝酸将溶液pH值调低至7.0左右即可制得粒径30nm左右、晶型完整的β-PbO2粒子。对用纳米β-PbO2掺杂改性的MnO2电极进行放电性能测试的结果表明,将5%～10%的纳米β-PbO2掺入到MnO2中制成的掺杂电极的放电容量较纯MnO2电极可提高60%以上,放电过程电位升高200mV以上。循环伏安测试结果表明,β-PbO2与MnO2的放电产物形成复合产物,改变了反应历程,在一定程度上抑制了电化学惰性物质Mn3O4的生成和积累,从而使MnO2电极的可逆性得到了改善。     

Cr掺杂二氧化锰纳米棒的制备及其电化学性能

以KMnO4和MnCl2·4 H2O为原料,采用液相化学沉淀法合成纳米结构MnO2电极材料,并添加一定量的K2Cr2O7 对其进行改性.通过X射线衍射(XRD),扫描电子显微镜(SEM)等手段对MnO2的结构形貌进行表征;利用循环伏安法和恒流充放电等方法研究了MnO2在1 mol/L KOH电解液中的电容行为.测试结果表明,K2Cr2O7的存在导致了MnO2由γ-MnO2向α-MnO2晶型的转变以及MnO2纳米棒的形成.MnO2纳米棒的直径约为80 nm,长度约为0.5～2 μm,并且MnO2电极材料的晶化程度和电化学性能都得到了提高.当K2Cr2O7添加量为1O％(与KMnO4的质量比)时,在0.3A/g和1 A/9电流密度下,电极比容量分别为271 F/g和199 F/g,大约是未添加K2Cr2O7条件下制备的电极的2倍.Cr掺杂MnO2纳米棒表现出优异的高倍率性能.     

Bi3+改善MnO2可充性的作用机理

γ MnO2和δ MnO2由于在充放电过程中生成尖晶石结构的电化学惰性物质而不具有可充性。掺杂了Bi3 化合物的MnO2的可充性则得到明显改善。Bi3 改善MnO2可充性的作用机理可能在于四个方面:支持晶格,使得质子(H )能够在晶格间自由流动;促进Mn3 中间产物的形成与沉积转化;Bi和Mn形成化合物以阻断形成尖晶石结构的3D聚合过程;对中间产物的吸附保护以阻止中间产物向尖晶石结构转化。     

纳米MnO2的制备及在超大容量电容器中的应用

利用KMnO4在碱性条件下氧化MnSO4制得纳米MnO4,用X射线衍射 (XRD)、透射电子显微镜 (TEM )、循环伏安、恒流充放电等测试手段对样品的性能进行研究。结果表明 ,样品部分为纤维状MnO2 ,平均直径约为 40nm ;用这种高电化学活性的纳米MnO2 制成电化学电容器的电极 ,在 0 .5mol/LNa2 SO4溶液中 ,0～ 0 .85V饱和甘汞电极 (SCE)的电位范围内 ,比容量可达 177.5F/g。同时还研究了导电剂对电极性能的影响。     

Fe添加对二氧化锰电化学行为的影响

以KMnO4和MnCl2.4 H2O为前驱体,采用共沉淀法合成纳米结构MnO2电极材料。添加一定量的FeCl3.6 H2O对MnO2进行改性。通过X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)等方法对MnO2的结构和形貌进行表征;利用循环伏安法、恒流充放电等测试方法研究了MnO2电极材料在1 mol/L KOH电解液中的电化学行为。结果表明,FeCl3.6 H2O的大大影响MnO2的结构和形貌。随着Fe∶Mn摩尔比的增加,MnO2从γ-MnO2晶型转变为层状结构,形貌由片状转变为直径约100 nm的球形,并且Fe改性MnO2的电化学性能明显提高。当添加FeCl3.6 H2O的量为5%(Fe与Mn的摩尔比)时,在1 A/g电流密度下,MnO2电极的比电容为236 F/g。     

锌空电池及其材料的研究

锌空电池由于其性能稳定、比能量高、材料来源广泛、成本低廉,其研究开发深受重视,尤其是其正极材料的研究深受关注。以CoO、Ag2O、CaO、MnO2、Ba(OH)2、Ni(OH)2、KMnO4等原料作为空气电池正极催化材料,通过对它们进行电化学测试,发现混合催化剂对氧的阴极还原有更好的催化活性;特别是掺杂了氢氧化合物类的催化剂后,电极显示出较好的电化学性能,表明它们更适合作锌空电池氧电极材料。混合催化剂做成的电池放电曲线更加平稳,放电容量更大。     

碳纸/纳米MnO2复合电极材料的循环伏安研究

将碳纸与氧化还原反应法制备的纳米MnO2通过液相沉积法形成新的复合电极材料,采用循环伏安和恒流充放电测试技术对复合电极材料进行测试分析,研究结果表明:碳纸/纳米MnO2复合电极材料呈花瓣状开放结构,有利于提高复合电极的比表面积;碳纸基体沉积1 h制备的电极具有最好的稳定性,沉积3 h制备的电极样品稳定性最差,所以沉积时间过长不利于电极电容性的稳定;氧化还原混合溶液浓度为0.2 mol/L,碳纸基体沉积时间1 h的条件下制备的薄膜电极样品的性能最优。     

电化学法部分还原EMD电极的性能

用电化学法制备了 3种不同的部分还原EMD样品 ,分别为MnO1 92 ,MnO1 86和MnO1 81,并对这些样品进行了一系列测试 ,结果表明部分还原EMD作为电极正极材料能够提高MnO2 电极的循环性能。我们认为部分还原EMD实际上改变了电极表面形态 ,使电极表面更加粗糙 ,从而增加了表面活性点 ,改善了MnO2 电极的可充性     

化学改性MnO2纳米粉体的固相合成及性能

通过固相反应制备了单掺Pb、单掺Bi化学修饰MnO2 以及掺Pb和Bi化学修饰MnO2 纳米粉体样品。X射线衍射、透射电镜测试结果表明。所得样品主要为 β MnO2 ,粒径在 3 0～ 5 0nm之间。循环伏安以及循环充放电测试结果表明Pb、Bi的掺入改变了MnO2 的充放电机理。在其循环充放电过程中 ,掺杂物与MnO2 形成了一系列MnyPbx(y =4 ,3 ,2 ;x =0 ,2 )以及MnyBiz(y =4 ,3 ,2 ;z =0 ,3 )复合物 ,其共氧化与共还原抑制了电化学惰性物质Mn3 O4的生成和积累 ,使得改性MnO2 的放电容量及循环寿命得到了一定程度的改善     

非贵金属氧还原电催化剂的研究进展

介绍材料科学和纳米科技在非贵金属氧还原催化剂方面取得的进展,包括过渡金属无机纳米粒子、金属(M)-N-C型催化剂和金属有机框架(MOFs)材料催化剂等3个方面。从合成、性能和活性中心等相关方面,对这3类催化剂进行总结。